CN100577264C - 一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法及专用系统 - Google Patents
一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法及专用系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法，以氨基物质为吸收剂，其特征在于：在燃煤锅炉尾部经预除尘后在二氧化碳吸收系统中向烟气中喷入氨基物质溶液以铵盐的形式吸收煤燃烧中产生的二氧化碳，减排烟气中20～95%的二氧化碳；以铵盐的形式吸收的二氧化碳经分离净化为高纯度的二氧化碳气，用于工业、化工业、食品加工、采油业驱油等；经过除雾器后排放的干净烟气中氨的逃逸率为≤15mg/Nm3。不论从生产能力方面，还是从工艺流程，产生的经济、环境效益，生产设备的种类和数量方面都具有明显的技术优势，因此具有更为广泛的应用前景。
Description
技术领域：
本发明涉及一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化技术，该技术是应用于燃煤火力发电厂尾气污染物二氧化碳的排放控制过程的技术，适合于现有、新建大中小机组的二氧化碳减排及其资源化技术改造、建设工程。
背景技术：
二氧化碳是一种排放量最大的温室气体，与其它温室气体排放量相比，二氧化碳的排放量几乎占温室气体总排放量的82％，其温室效应在极大程度上具有短期内改变地球气候的可能性。这种气候发生的变化，会使得土壤中的水分蒸发加快，这对水稻、小麦、棉花的生产会产生负面影响，造成我国农作物的产量平均减产8％。我国的能源结构中，长期以来燃煤一直占70％以上，在可预见的将来，我国以煤为主要能源的能源结构将随着国民经济的增长而持续增加，煤炭的大量燃用产生大量的二氧化碳等污染物，目前，我国二氧化碳年排放量超过30亿吨，严重影响我国国民经济的可持续发展，并且使我国政府面临很大的国际环保压力。为实现我国国民经济的可持续发展，改善我国的环境状况和人民的生存环境，二氧化碳排放已经成为迫在眉睫的任务。我国在燃煤电站烟气二氧化碳排放控制方面，尚处于起步阶段，国内在烟气二氧化碳排放控制技术的研究仅仅限于机理方面。目前我国燃煤电站尚没有采用烟气二氧化碳排放控制装置，也不掌握大型烟气二氧化碳排放控制装置的设计、制造的技术。
烟气二氧化碳排放控制在西方发达国家的燃煤发电机组上同样处于实验与示范研究阶段。
发明内容：
本发明的目的在于提出一种具有二氧化碳减排效率高，不产生二次污染，且适用温度范围宽，回收的二氧化碳应用广泛，适用性更强，应用范围更广的烟气二氧化碳减排技术。
本发明涉及的技术是一种烟气二氧化碳减排的方法，该技术的基本原理基于合成氨和碳酸氢氨生产技术。具体地，本发明提供了一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法，所述燃煤电站锅炉燃烧生成的烟气中含有浓度为1～18％二氧化碳，其特征在于：
——将燃煤电站锅炉燃烧生成的烟气进行预除尘处理，除去烟尘中99％以上的尘粒；
——将氨基物质溶液喷入上述预除尘后的烟气中，以铵盐的形式吸收煤燃烧中产生的污染物CO2，减排烟气中20～95％的二氧化碳，反应温度在10～70℃，氨的加入量为与烟气中二氧化碳的摩尔比0.3～3.0；
——将上述吸收污染物后的铵盐，在高温压力下分离净化出高纯度的二氧化碳气，温度范围为30～200℃，压力范围为5～80atm；
——将上述经过吸收处理过后的烟气进行除雾处理，排放的干净烟气中，粉尘浓度≤40mg/Nm3，氨的逃逸率为≤15mg/Nm3。
本发明燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法中，所述氨基物质是浓度为3～28％氨水或者尿素溶液。
本发明燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法中，所述高纯度的二氧化碳气，不含重金属、粉尘等杂质，可以进一步用于工业、化工业、食品加工、或者采油业驱油。
本发明燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法中，所述预除尘为静电除尘或者布袋除尘。
本发明还提供了一种专门用于上述方法的燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化系统，其特征在于：该系统由锅炉(1)、预除尘装置(2)、吸收主塔(3)、吸收副塔(4)、清洗塔(5)，除雾器(6)、多功能分离装置(7)、氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)、清水储存装置(11)、二氧化碳回收装置(12)、综合处理装置(13)、原氨基物质储存装置(14)构成；锅炉(1)，预除尘装置(2)，吸收主塔(3)，吸收副塔(4)，清洗塔(5)，除雾器(6)顺序连接；原氨基物质储存装置(14)与氨基物质循环装置I(8)相连；清水储存装置(11)，清洗塔(5)，氨基物质循环装置I(8)顺序连接；氨基物质循环装置I(8)，氨基物质循环装置II(9)，吸收主塔(3)，氨基物质循环装置III(10)，吸收副塔(4)，多功能分离装置(7)，氨基物质循环装置I(8)循环连接；多功能分离装置(7)分别与二氧化碳回收装置(12)、综合处理装置(13)连接。
本发明燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化系统中，所述吸收主塔(3)，吸收副塔(4)，清洗塔(5)，均为填料式液气两相吸收塔。
本发明燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的系统中，所述多功能分离装置(7)为压力高温热分离装置，包括热分离反应器和气体分馏反应器，工作温度范围为30～200℃，压力范围为5～80atm。
本发明燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的系统中，所述二氧化碳回收装置(12)为二氧化碳气体循环压缩装置。
本发明燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的系统中，所述吸收主塔(3)、吸收副塔(4)、清洗塔(5)，除雾器(6)、多功能分离装置(7)、氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)、清水储存装置(11)、二氧化碳回收装置(12)、综合处理装置(13)、原氨基物质储存装置(14)均为高强度防酸碱腐蚀装置。
本发明具有下述优点：
(1)二氧化碳减排效率高，可达90％以上减排效率；
(2)适应温度范围宽；
(3)吸收剂严格按照等量反应摩尔比加入，反应完全程度高，不存在氨基物质过量问题；
(4)经分离回收的氨继续循环吸收二氧化碳；经分离回收的二氧化碳用于工业、化工业、食品加工、采油业驱油等；
(5)还原剂严格按照等量反应摩尔比加入，反应完全程度高，回收液经过分离回收、综合处理，无二次污染物产生。
总之，本发明系统简单、操作稳定性好、吸收剂适应性强、二氧化碳减排效率高，可达到90％以上。不论从生产能力方面，还是从工艺流程，生产设备的种类和数量方面、二氧化碳回收利用都具有明显的技术优势，因此具有更为广泛的应用前景。
附图说明：
图1为本发明设备连接示意；图中(1)锅炉，(2)预除尘装置，(3)吸收主塔，(4)吸收副塔，(5)清洗塔，(6)除雾器，(7)多功能分离装置，(8)氨基物质循环装置I、(9)氨基物质循环装置II、(10)氨基物质循环装置III，(11)清水储存装置，(12)二氧化碳回收装置，(13)综合处理装置，(14)原氨基物质储存装置。
具体实施方式：
燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法的基本过程如下：
1)燃煤电站锅炉燃烧生成的烟气中含有温室气体二氧化碳，浓度为1～18％；
2)经过预除尘的烟气进入二氧化碳吸收系统；
3)氨基物质溶液在二氧化碳吸收系统的主副吸收塔中均匀喷淋吸收烟气中的二氧化碳；
4)被吸收了二氧化碳的烟气经过清洗除氨、除雾后被排放到大气中；
5)吸收了二氧化碳的吸收液在多功能分离装置(7)中分离，二氧化碳被分离后资源化，氨被回收循环使用。
采用附图1所示的设备连接，具体流程叙述如下：氨基物质由氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)喷淋到进入主副吸收塔(3)、(4)吸收经过预除尘的烟气中的二氧化碳后，进入多功能分离装置(7)经过分离后氨进入氨基物质循环装置III(10)；清水在清洗塔中洗涤为反应的氨、粉尘等进入氨基物质循环装置III(10)；浓氨水由原氨基物质储存装置(14)补充到氨基物质循环装置III(10)继续循环。在多功能分离装置(7)中经过分离二氧化碳回收至二氧化碳回收装置(12)，被排出的废液在综合处理装置(13)进行无害化处理；烟气经过吸收主塔(3)、吸收副塔(4)二氧化碳被吸收，经过清洗塔(5)未吸收二氧化碳的氨被清水吸收，再经过除雾器(6)后干净的烟气进入烟囱后排放到大气中。
实施例1
某燃煤电站锅炉排放烟气17万立方米/小时，烟气中二氧化碳含量15％，在三塔吸收装置中使用17.5％的氨水溶液做吸收剂，氨与二氧化碳摩尔比为1.6。具体流程为：
氨水溶液由氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)喷淋到进入二氧化碳吸收系统的主副吸收塔(3)、(4)吸收经过预除尘的烟气中的二氧化碳后，进入多功能分离装置(7)经过分离后氨进入氨基物质循环装置III(10)；清水在清洗塔中洗涤为反应的氨、粉尘等进入氨基物质循环装置III(10)；浓氨水由原氨基物质储存装置(14)补充到氨基物质循环装置(10)继续循环。在多功能分离装置(7)中经过分离二氧化碳回收至二氧化碳回收装置(12)，被排出的废液在综合处理装置(13)进行无害化处理；烟气经过吸收主塔(3)、吸收副塔(4)二氧化碳被吸收，经过清洗塔(5)未吸收二氧化碳的氨被清水吸收，再经过除雾器(6)后干净的烟气进入烟囱后排放到大气中。该系统的设计二氧化碳减排效率为80％。
实施例2
某燃煤电站锅炉排放烟气48.5万立方米/小时，烟气中二氧化碳含量14％，在三塔吸收装置中使用20％的氨水溶液做吸收剂，氨与二氧化碳摩尔比为1.8。具体流程为：
氨水溶液由氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)喷淋到进入二氧化碳吸收系统的主副吸收塔(3)、(4)吸收经过预除尘的烟气中的二氧化碳后，进入多功能分离装置(7)经过分离后氨进入氨基物质循环装置III(10)；清水在清洗塔中洗涤为反应的氨、粉尘等进入氨基物质循环装置III(10)；浓氨水由原氨基物质储存装置(14)补充到氨基物质循环装置III(10)继续循环。在多功能分离装置(7)中经过分离二氧化碳回收至二氧化碳回收装置(12)，被排出的废液在综合处理装置(13)进行无害化处理；烟气经过吸收主塔(3)、吸收副塔(4)二氧化碳被吸收，经过清洗塔(5)未吸收二氧化碳的氨被清水吸收，再经过除雾器(6)后干净的烟气进入烟囱后排放到大气中。该系统的设计二氧化碳减排效率为90％。
实施例3
某燃煤电站锅炉排放烟气30.5万立方米/小时，烟气中二氧化碳含量14％，在三塔吸收装置中使用15％的氨水溶液做吸收剂，氨与二氧化碳摩尔比为1.5。具体流程为：
氨水溶液由氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)喷淋到进入二氧化碳吸收系统的主副吸收塔(3)、(4)吸收经过预除尘的烟气中的二氧化碳后，进入多功能分离装置(7)经过分离后氨进入氨基物质循环装置III(10)；清水在清洗塔中洗涤为反应的氨、粉尘等进入氨基物质循环装置III(10)；浓氨水由原氨基物质储存装置(14)补充到氨基物质循环装置III(10)继续循环。在多功能分离装置(7)中经过分离二氧化碳回收至二氧化碳回收装置(12)，被排出的废液在综合处理装置(13)进行无害化处理；烟气经过吸收主塔(3)、吸收副塔(4)二氧化碳被吸收，经过清洗塔(5)未吸收二氧化碳的氨被清水吸收，再经过除雾器(6)后干净的烟气进入烟囱后排放到大气中。该系统的设计二氧化碳减排效率为75％。
实施例4
某燃煤电站锅炉排放烟气30万立方米/小时，烟气中二氧化碳含量14％，在三塔吸收装置中使用10％的尿素溶液做吸收剂，尿素与二氧化碳摩尔比为0.75。具体流程为：
尿素溶液由氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)喷淋到进入二氧化碳吸收系统的主副吸收塔(3)、(4)吸收经过预除尘的烟气中的二氧化碳后，进入多功能分离装置(7)经过分离后氨进入氨基物质循环装置III(10)；清水在清洗塔中洗涤为反应的氨、粉尘等进入氨基物质循环装置III(10)；浓氨水由原氨基物质储存装置(14)补充到氨基物质循环装置III(10)继续循环。在多功能分离装置(7)中经过分离二氧化碳回收至二氧化碳回收装置(12)，被排出的废液在综合处理装置(13)进行无害化处理；烟气经过吸收主塔(3)、吸收副塔(4)二氧化碳被吸收，经过清洗塔(5)未吸收二氧化碳的氨被清水吸收，再经过除雾器(6)后干净的烟气进入烟囱后排放到大气中。该系统的设计二氧化碳减排效率为75％。
Claims (8)
1、一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法，所述燃煤电站锅炉燃烧生成的烟气中含有浓度为1～18％二氧化碳，其特征在于：
——将燃煤电站锅炉燃烧生成的烟气进行预除尘处理，除去烟尘中99％以上的尘粒；
——将氨基物质溶液喷入上述预除尘后的烟气中，以铵盐的形式吸收煤燃烧中产生的污染物CO2，减排烟气中20～95％的二氧化碳，反应温度在10～70℃，氨的加入量为与烟气中二氧化碳的摩尔比0.3～3.0；
——将上述吸收污染物后的铵盐，在高温压力下分离净化出高纯度的二氧化碳气，温度范围为30～200℃，压力范围为5～80atm；
——将上述经过吸收处理过后的烟气进行除雾处理，排放的干净烟气中，粉尘浓度≤40mg/Nm3，氨的逃逸率为≤15mg/Nm3。
2、按照权利要求1所述燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法，其特征在于：所述氨基物质是浓度为3～28％氨水或者尿素溶液。
3、按照权利要求1所述燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法，其特征在于：所述高纯度的二氧化碳气进一步用于化工业、食品加工、或者采油业驱油。
4、按照权利要求1所述燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法，其特征在于：所述预除尘为静电除尘或者布袋除尘。
5、一种专门用于权利要求1～4之一所述方法的燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化系统，其特征在于：该系统由锅炉(1)、预除尘装置(2)、吸收主塔(3)、吸收副塔(4)、清洗塔(5)，除雾器(6)、多功能分离装置(7)、氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)、清水储存装置(11)、二氧化碳回收装置(12)、综合处理装置(13)、原氨基物质储存装置(14)构成；锅炉(1)，预除尘装置(2)，吸收主塔(3)，吸收副塔(4)，清洗塔(5)，除雾器(6)顺序连接；原氨基物质储存装置(14)与氨基物质循环装置I(8)相连；清水储存装置(11)，清洗塔(5)，氨基物质循环装置I(8)顺序连接；氨基物质循环装置I(8)，氨基物质循环装置II(9)，吸收主塔(3)，氨基物质循环装置III(10)，吸收副塔(4)，多功能分离装置(7)，氨基物质循环装置I(8)循环连接；多功能分离装置(7)分别与二氧化碳回收装置(12)、综合处理装置(13)连接；
多功能分离装置(7)为压力高温热分离装置，选自热分离反应器和气体分馏反应器，工作温度范围为30～200℃，压力范围为5～80atm。
6、按照权利要求5所述燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化系统，其特征在于：所述吸收主塔(3)，吸收副塔(4)，清洗塔(5)，均为填料式液气两相吸收塔。
7、按照权利要求6所述燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的系统，其特征在于：所述二氧化碳回收装置(12)为二氧化碳气体循环压缩装置。
8、按照权利要求5所述燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的系统，其特征在于：所述吸收主塔(3)、吸收副塔(4)、清洗塔(5)，除雾器(6)、多功能分离装置(7)、氨基物质循环装置I(8)、II(9)、III(10)、清水储存装置(11)、二氧化碳回收装置(12)、综合处理装置(13)、原氨基物质储存装置(14)均为高强度防酸碱腐蚀装置。
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